JP2687062B2

JP2687062B2 - 電動機の制御装置

Info

Publication number: JP2687062B2
Application number: JP4059252A
Authority: JP
Inventors: 哲夫百瀬
Original assignee: 株式会社三協精機製作所
Priority date: 1992-02-14
Filing date: 1992-02-14
Publication date: 1997-12-08
Anticipated expiration: 2012-12-08
Also published as: JPH05227782A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動機電流のオフセッ
トを調整する電動機の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電動機電流のオフセットを調整する従来
の制御装置として、特開昭６３−２７４３９０号公報、
あるいは特開平２−１２３９６９号公報に示されるよう
な構成のものが知られている。

【０００３】図８はこのような従来の技術の概要を示す
ブロック図で、１はトルク指令信号Ｔ^＊及び後述の磁極
位置検出部からの出力に基づき電流指令信号Ｉ^＊（ベク
トル量を示し、以下後出についても同様とする）を作成
する電流指令作成部、２はこの電流指令信号Ｉ^＊に基づ
き電流信号を電圧信号に変換して出力する電流制御部、
３は電圧指令信号Ｖ ^＊（ベクトル量を示し、以下後出に
ついても同様とする）に基づきパルス幅変調（ＰＷＭ）
を行うサブハーモニック方式ＰＷＭ部、４はスイッチン
グ関数Ｓ（ベクトル量を示し、以下後出についても同様
とする）に基づき直流を交流に変換するインバータ部、
５はインバータ部４の出力信号によって駆動される負荷
である電動機、６ａ，６ｂはインバータ部４の出力電流
を検出する電流検出器、７は電流検出器６ａ，６ｂの出
力信号ｖ_ｖ，ｖ_ｕをディジタル信号に変換するＡＤ変
換器、８はＡＤ変換器７の出力信号ｉ_ｌｖ，ｉ_ｌｕよ
りオフセット補償量を減じて電流帰還量Ｉ_２（ベクトル
量を示し、以下後出についても同様とする）を作成して
電流制御部２に出力する電流オフセット補償部、１０は
エンコーダ、１１はエンコーダ１０の出力によって制御
され磁極位置θを検出して電流指令作成部１に出力する
磁極位置検出部である。なお、電流指令作成部１、電流
制御部２、電流オフセット補償部８はＭＰＵから成る制
御部９を構成し、この制御部９からインバータ部４にイ
ンバータ停止信号が出力される。また、インバータ部４
から負荷５にはスイッチング関数Ｓに応じた電圧が印加
された結果としてｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗが出力される。

【０００４】ここで、各信号は次式のように示される。
なお、オフセット補償量Ｉ_ｏはインバータ停止信号によ
りインバータを停止した状態で、ＡＤ変換器の出力ｉ
_ｌｕ，ｉ_ｌｖ，を夫々サンプリングし、保持した値であ
る。

【０００５】

【数１】

【０００６】このような構成で、電流検出器６ａ，６ｂ
としてホール素子を用いたホールＣＴ（ホールカレント
ランス）で構成した場合で説明すると、ホール素子は図
９のような配置になっている。１３は珪素鋼板が積層さ
れて成るコア、１４はコア１３に巻数Ｎで巻回された巻
線、１５はコア１３のギャップ１３Ａに配置されたホー
ル素子、１６はホール素子１５に接続された増幅器であ
る。

【０００７】このようなホールＣＴは図１０に示したよ
うな過程で、電流を電圧に変換して出力する。

【０００８】ここで、電流検出器６ａ，６ｂを構成する
コア１３が図１１に示すようなヒステリシス特性を有す
るため、インバータ部４が非動作時に電流検出器６ａ，
６ｂの出力をＡＤ変換器７を介してサンプリングし保持
する（以下保持動作と称する）際、以下のような動作が
行われる。

【０００９】すなわち、コア１３に以前流れていた電流
によって磁束密度（残留磁束密度Ｂｒ）がコア１３内に
残るため、電流検出器６ａ，６ｂはインバータ部４が動
作していなくとも、以下のような電圧Ｖｏを出力する。但し、Ｖｏｆｆ：ホール素子増幅器により生ずるオフ
セット電圧よって、保持動作時電圧Ｖｏが保持される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで従来の電動機
の制御装置では、保持した電圧Ｖｏに電圧Ｖｒが含まれ
るために、運転時に電流に電圧Ｖｒに相当する直流成分
が重畳し、トルクリップルが大きくなるという問題があ
る。

【００１１】図１２はこの様子を説明するタイムチャー
トで、時間ｔの経過につれ電流ｉは図のように変化した
として、電流を電流検出器６ａ，６ｂを構成するコア１
３のヒステリシス環線上で考えると、減速時（期間）
においては、図１３に示すような軌跡を描くようにな
る。従って定速運転期間（期間）においては、電流Ｏ
は理想的に原点となる。このことは、保持動作で保持し
た電圧Ｖｏは残留磁束密度に相当したＶｒだけ望ましい
値に対して誤差を含んでいることを意味し、この結果ト
ルクリップルが大きくなることを示している。

【００１２】次に加速期間（期間）について考える
と、ヒステリシス環線上での軌線は図１４に示したよう
になる。従ってこの後の定速運転期間（期間）におけ
る電流Ｏに相当する点は図１４のＣ点となる。このよう
にヒステリシス線上で電流Ｏに相当する点は電流の流れ
方に依存するため一概には定まらないが、平均するとほ
ぼ原点になると考えられる。ゆえに、保持動作において
保持した電圧ＶｏにＶｒが含まれることは、電流に電圧
Ｖｒに相当する直流成分が重畳し、トルクリップルの増
加に結びつくことになる。

【００１３】このようにトルクリップルが大きくなる
と、速度制御時に速度むらが多くなり、また位置制御時
には精度の良い位置決めが困難となるので、電動機の制
御上支障が生じるようになる。

【００１４】本発明は以上のような事情に対処してなさ
れたもので、運転時のトルクリップルを少なくするよう
にした電動機の制御装置を提供することを目的とするも
のである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
めに本発明は、電流指令信号に基づき電流信号を電圧信
号に変換して出力する電流制御部と、該電流制御部の出
力に応じた電圧を電動機に印加する電力増幅手段と、該
電力増幅手段から電動機に供給される電流を検出する電
流検出器と、該電流検出器の出力に含まれるオフセット
値を補償する電流オフセット補償部と、上記電力増幅手
段によって駆動される電動機とを備えた電動機の制御装
置において、時間と共に減衰する交番信号を上記電力増
幅手段より上記電流検出器に供給する消磁用信号指令部
と、該消磁用信号指令部の出力信号と上記電流指令信号
に基づいた信号とを切り換えて次段に供給するスイッチ
とを設け、このスイッチの切り換えにより、上記電力増
幅手段に送られる上記電流制御部からの出力を消磁動作
用と運転動作用とに切り換えるようにしたことを特徴と
するものである。

【００１６】

【作用】時間と共に減衰する交番信号を電流検出器に供
給する消磁用信号指令部と共にスイッチを設け、保持動
作を行う前にスイッチを介して消磁用信号指令部から交
番信号を電流検出器に供給する。これによって消磁動作
が行われて、電流検出器を構成するコアの残留磁束密度
を０にするので、運転時のトルクリップルを少なくする
ことができる。

【００１７】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。図１は本発明の電動機の制御装置の第１の実施例を
示すブロック図で、１は電流指令作成部、２は電流制御
部、３はサブハーモニック方式ＰＷＭ部、４はインバー
タ部、５は負荷である電動機、６ａ，６ｂはコアから成
る電流検出器、７はＡＤ変換器、８は電流オフセット補
償部、９はＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）から
成る制御部、１０はエンコーダ、１１は磁極位置検出部
で、以上の各部は図８の従来の構成と同一で同様な動作
を行う。

【００１８】１８は時間と共に減衰する交番信号から成
る消磁用信号Ｉ_ｅ ^＊（ベクトル量を示し、以下後出につ
いても同様とする）を発生する消磁用電流指令発生部、
１９はこの消磁用電流指令発生部１８からの消磁用信号
Ｉ_ｅ ^＊、あるいは電流指令作成部１からの電流指令信号
Ｉ^＊かのいずれかの信号を切り換えて電流制御部２に供
給するスイッチである。

【００１９】図２は図１の具体的構成を示すブロック
で、制御部９はＣＰＵ９Ａを有し各入出力ポート９Ｂ乃
至９Ｈを備えている。サブハーモニック方式ＰＷＭ部３
はＰＷＭ回路３Ａとディジタル搬送波（三角波）発生回
路３Ｂとを有している。インバータ部４は多数のトラン
ジスタ４Ｔとダイオード４Ｄとを有している。ＡＤ変換
器７はマルチプレクサを有し、電流検出器の出力
ｉ_ｌｕ，ｉ_ｌｖを時系列で変換できるよう、構成され
ている。負荷５である電動機は永久磁石付同期電動機
（直流無整流子電動機）から構成されている。

【００２０】図３は第１の実施例の動作を示すフローチ
ャートでステップａ乃至ステップｐら構成されている。
Ｖ ^＊の算出は図８を参照して示した、（８−２）式乃至
（８−６）式から算出される。Ａ区間は消磁動作を示
し、Ｂ区間は保持動作を示し、Ｃ区間は運転動作を示し
ている。また、図４は各動作をタイムチャートで示して
いる。

【００２１】図１において、消磁用電流指令発生部１８
から発生される消磁用信号Ｉ_ｅ ^＊は次式のように示され
る。

【００２２】

【数２】

【００２３】次に本実施例における消磁動作、保持動
作、運転動作について説明する。（Ａ）消磁動作図１において、スイッチ１９を側の消磁用電流指令発
生部１８に切り換えて、図４に示したように制御部９か
らインバータ部４に出力するインバータ停止信号をイン
アクティブにして、インバータ部４を動作させる。ここ
で消磁用信号Ｉ_ｅ ^＊を（１−１）式を満足するように設
定することにより、電流検出器６ａ，６ｂに時間と共に
減衰する図４のｉ _ｕのような交番電流を流すことができ
る。これによって、ヒステリシス環線上の軌跡は図５に
示すようになり、乃至の順に変化する。この場合、
交番電流の周波数はできる限り高い方が、負荷５である
電動機の回転子が追従できないため回転子が動かないの
で好ましい。

【００２４】（Ｂ）保持動作まず、図１において、スイッチ１９を側に保ったまま
で、図４に示したようにインバータ停止信号をアクティ
ブにしてインバータ部４を停止させる。次に電流検出器
６ａ，６ｂの出力Ｖｏを図４のようにサンプリングして
保持する。この値をオフセット補償量Ｉｏとする。

【００２５】（Ｃ）運転動作図１において、スイッチ１９を側の電流指令作成部１
に切り換えた後、図４に示したようにインバ−タ停止信
号をインアクティブにしてインバータ部４を動作させ
る。この場合電流検出器６ａ，６ｂの出力から（Ｂ）保
持動作で保持したオフセット補償量Ｉｏを減ずることに
より、電流検出器６ａ，６ｂの出力のオフセット電圧を
相殺することができる。

【００２６】従って、以上のような本実施例の動作によ
れば、消磁動作が行われることにより電流検出器６ａ，
６ｂを構成するコア１３の残留磁束密度Ｂｒを０にする
ことができるので、運転時のトルクリップルを少なくす
ることができる。この結果、電動機の速度制御時に速度
むらが少なくなると共に、位置制御時に精度の良い位置
決めが容易となるので、電動機の制御をスムーズに行う
ことができるようになる。

【００２７】図６は本発明の第２の実施例を示すもの
で、図１の第１の実施例に比べて、電流オフセット補償
部８を電流指令作成部１側に設けるようにしたものであ
る。この第２の実施例では電流オフセット補償部８から
の出力信号Ｉ _２ ^＊を次式のように設定する。

【００２８】

【数３】

【００２９】そして、電流指令信号Ｉ ^＊に保持した値を
加えることにより電流オフセットを相殺する。

【００３０】図７は本発明の第３の実施例を示すもの
で、図１の第１の実施例に比べて、消磁用電圧指令発生
部２０を設けるようにしたものである。そして、消磁用
電圧指令発生部２０からの消磁用信号Ｖ _ｅ ^＊を次式のよ
うに設定する。

【００３１】

【数４】

【００３２】そして、電流検出器６ａ，６ｂに時間と共
に減衰する交番電流を流すことにより消磁動作を行わせ
る。

【００３３】このような第２及び第３の実施例によって
も、その構成が一部異なるだけで、第１の実施例と同様
な効果を得ることができる。なお、本発明は、直流電動
機、誘導電動機、あるいはリアクタンス交流発電機等に
対しても適用可能であり、本実施例と同様な効果を得る
ことができる。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、時
間と共に減衰する交番信号を電力増幅手段より電流検出
器に供給して消磁動作を行うようにしたので、電動機電
流のオフセット調整ができるようになって、運転時のト
ルクリップルを少なくすることができる。しかも、電力
増幅手段が消磁電流供給手段を兼ねており、装置が小型
化しかつ低コスト化する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電動機の制御装置の第１の実施例を示
すブロック図である。

【図２】図１の具体的構成を示すブロック図である。

【図３】第１の実施例の動作を説明するフローチャート
である。

【図４】第１の実施例の動作を説明するタイムチャート
である。

【図５】第１の実施例の動作を説明するヒステリシス特
性図である。

【図６】本発明の第２の実施例を示すブロック図であ
る。

【図７】本発明の第３の実施例を示すブロック図であ
る。

【図８】従来例を示すブロック図である。

【図９】電動機の制御装置の電流検出器として用いられ
るホールＣＴの説明図である。

【図１０】図９のホールＣＴの動作の説明図である。

【図１１】従来の問題を説明するヒステリシス特性図で
ある。

【図１２】従来の問題を説明するタイムチャートであ
る。

【図１３】従来の問題を説明するヒステリシス特性図で
ある。

【図１４】従来の問題を説明するヒステリシス特性図で
ある。

【符号の説明】

１電流指令作成部２電流制御部４インバータ部５負荷（電動機）６ａ，６ｂ電流検出器８電流オフセット補償部９制御部１８消磁用電流指令発生部１９スイッチ２０消磁用電圧指令発生部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電流指令信号に基づき電流信号を電圧信
号に変換して出力する電流制御部と、該電流制御部の出
力に応じた電圧を電動機に印加する電力増幅手段と、該
電力増幅手段から電動機に供給される電流を検出する電
流検出器と、該電流検出器の出力に含まれるオフセット
値を補償する電流オフセット補償部と、上記電力増幅手
段によって駆動される電動機とを備えた電動機の制御装
置において、時間と共に減衰する交番信号を上記電力増
幅手段より上記電流検出器に供給する消磁用信号指令部
と、該消磁用信号指令部の出力信号と上記電流指令信号
に基づいた信号とを切り換えて次段に供給するスイッチ
とを設け、このスイッチの切り換えにより、上記電力増
幅手段に送られる上記電流制御部からの出力を消磁動作
用と運転動作用とに切り換えるようにしたことを特徴と
する電動機の制御装置。